Sternentwicklung (7) Das Hertzsprung-Russell-Diagramm Ejnar Hertzsprung entdeckte 1909 bei seinem Aufenthalt in Potsdam, dass sich „rötlich“ leuchtende Sterne in zwei Gruppen einteilen lassen: In sehr große Sterne, die er „Riesen“ nannte und in sehr kleine Sterne, die er „Zwerge“ nannte • • • • • • definierte die „absolute Helligkeit“ (1905) Temperatur-Leuchtkraft-Diagramm (1909) klassifizierte den Polarstern als Delta-Cepheiden (1911) Bestimmung der Entfernung der Kleinen Magellanschen Wolke (1913) Hertzsprung-Russell-Diagramm und dessen physikalische Begründung (1913) War lange Zeit Direktor der Leidener Sternwarte Ejnar Hertzsprung (1873-1967) Um 1910 entwickelte der theoretische Astrophysiker Henry Norris Russell das nach ihm und Ejnar Hertzsprung benannte Diagramm und erkannte, dass darin die „Sternentwicklung“ codiert ist. • • • Erste Arbeiten zum Hertzsprung-Russell-Diagramm (1910) Atomphysik (z. B. Russell-Saunders-Kopplung) Wichtige Vorarbeiten zum Thema Energieerzeugung in Sternen Henry Norris Russell(1877-1957) Das erste Hertzsprung-Russel-Diagramm, gezeichnet von Hertzsprung im Jahre 1911 für eine Veröffentlichung des Astrophysikalischen Observatoriums in Potsdam Das Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) stellt Korrelationen zwischen verschiedenen Eigenschaften von Sternen grafisch dar, wie z. B. absolute Helligkeit und Temperatur Das Diagramm macht nur dann Sinn, wenn sich die dargestellten Objekte in jeweils gleicher Entfernung befinden. Ungleichmäßige Verteilung der Sterne über den Parameterraum Absolute Helligkeit – Leuchtkraft Temperatur – Spektraltyp - Sternfarbe Vermutung: Das HRD enthält Sterne in unterschiedlichen Entwicklungsstadien Sterntypen im Hertzsprung-Russell-Diagramm • • • • • • Protosterne Hauptreihensterne Rote Riesen Überriesen Blaue Riesen Weiße Zwerge Eigenschaften • Leuchtkraft • Absolute Helligkeit • Spektraltyp • Farbe (Farbenindex) • effektive Temperatur Warum Leuchtkraftklassen ? Beobachtung: Rote Zwergsterne und Rote Riesen gleicher effektiver Temperatur zeigen ein ähnliches Spektrum, d. h. sie können bei geringer spektraler Auflösung kaum unterschieden werden, wenn ihre Entfernung unbekannt ist. Der Spektralbezeichner muß deshalb um eine weitere Größe, die Leuchtkraftklasse, ergänzt werden: Den Objekten werden im HRD jeweils bestimmte Domänen zugeordnet HRD aus Hipparcos-Daten Hauptreihe (main sequence) 85% der Sternpopulation der Milchstrasse decken ihren Energiebedarf durch Wasserstoffbrennen. Diese Sterne nennt man Hauptreihensterne, weil sie im HRD eine mit Sternen dicht besetzte, relativ schmale, aber weitgestreckte Domäne bilden. Korrelation Größe - Spektraltyp Hertzsprung-Russel-Diagramm aller Sterne bis zu 10 pc (=32,6 Lichtjahre) Entfernung Die Position eines Sterns auf der Hauptreihe ist ein Maß für dessen Ursprungsmasse Zero Age Main Sequence = Null - Alter Hauptreihe Während ihrer Lebensdauer als Hauptreihensterne entfernen sie sich nur wenig von der Position, an der das Wasserstoffbrennen eingesetzt hat. Breite der Hauptreihe Zeitliche Dauer des Hauptreihenstadiums Die Leuchtkraft L gibt die pro Zeit abgestrahlte Energie an Während des Hauptreihenstadiums ergibt sich die abgestrahlte Energie aus dem Massedefekt, der bei der Wasserstoff-Fusion in Energie umgewandelt wird Die Leuchtkraft L eines Sterns hängt von seiner Masse M ab Daraus ergibt sich eine Beziehung für die Dauer des Hauptreihenstadiums: Abschätzung der Lebensdauer eines Hauptreihenstern Jahre Die Sonne verbringt ~ 10 Milliarden Jahre auf der Hauptreihe Die Sonne entwickelt sich in ca. 5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen